Hidrahulica de una central nuclear
- 1. CURSO: GESTION TECNOLOGICA EMPRESARIAL PROFESORES: VASQUEZ ESPINOZA ALFREDO L. VELARDE DORREGO JESUS E. ESTUDIANTE: MORI MORI JAIME CESAR HIDRAHULICA DE CENTRALES NUCLEARES
- 2. LAS CENTRALES NUCLEARES Las centrales nucleares son centrales termoeléctricas, una instalación que aprovecha una fuente de calor para convertir en vapor de a alta temperatura un líquido que circula por un conjunto de conductos; dicho vapor acciona un grupo turbina alternador, produciendo así la energía eléctrica. La diferencia esencial con entre las centrales termoeléctricas nucleares y las clásicas reside en la fuente de calor, en las clásicas este se consigue mediante la combustión de fuel – oil, carbón o gas en una caldera. En las nucleares mediante la fisión de núcleos de uranio. Los reactores nucleares son máquinas que permiten iniciar, mantener y controlar una reacción en cadena de fisión nuclear
- 3. Funcionamiento La reacción nuclear tiene lugar en el reactor, en el están las agrupaciones de varillas de combustible intercaladas con unas decenas de barras de control que están hechas de un material que absorbe los neutrones. Introduciendo estas barras de control más o menos se controla el ritmo de la fisión nuclear ajustándolo a las necesidades de generación de electricidad.En las centrales nucleares habituales hay un circuito primario de agua en el que esta se calienta por la fisión del uranio. Este circuito forma un sistema cerrado en el que el agua circula bajo presión, para que permanezca líquida a pesar de que la temperatura que alcanza es de unos 293ºC. Con el agua del circuito primario se calienta otro circuito de agua, llamado secundario. El agua de este circuito secundario se transforma en vapor a presión que es conducido a una turbina. El giro de la turbina mueve a un generador que es el que produce la corriente eléctrica. Finalmente, el agua es enfriada en torres de enfriamiento, o por otros procedimientos.
- 4. Central nuclear con un Reactor de Agua a Presion (RAP, PWR en ingles) 1- Edificio de contención . 2- Torre de refrigeración . 3- Reactor . 4- Barras de control . 5- Acumulador de presión . 6- Generador de vapor . 7- Combustible nuclear . 8- Turbina . 9- Generador eléctrico . 10- Transformador . 11- Condensador . 12- Vapor . 13- Líquido saturado . 14- Aire ambiente. 15- Aire húmedo . 16- Río . 17- Circuito de refrigeración . 18- Circuito primario. 19- Circuito secundario. 20- Emisión de aire húmedo (con vapor de agua ). 21- Bomba de vapor de agua.
- 5. CLASIFICACIÓN DE LOS REACTORES Clasificación general Criterios Combustible Uranio 233- Uranio 235- Plutonio 239 Material fértil Torio 232- Uranio 238 Refrigerante Anhídrido carbónico, Helio, Agua, Agua Pesada, Bencina Difenilo, Bencina Trifenilo, Mercurio Sodio, Potasio, Aleación sodio-potasio, Litio, Galio. Moderador Agua, Agua pesada, Grafito, Berilio Naturaleza del combustible Homogéneo y heterogéneo Energía de los neutrones Lentos, rápidos. Intermedios Finalidad Simples, convertidores, reproductores
- 6. De acuerdo al material fisionable Según sean las proporciones del material fisionable y del materia fértil se pueden obtener tres clases de reactores nucleares. Reactores simples: en estos se busca ante todo la producción de energía calorífica. Estos reactores queman uranio natural, con enriquecimiento de Uranio 235. Reactores convertidores: estos tienen una función mixta. Utilizan uranio natural y en ellos se transforma en energía calorífica todo el uranio 235 contenidos en el uranio natural, y además convierten una parte del U 238 en plutonio 239 para ser utilizado posteriormente en otros reactores adecuados. Reactores reproductores: su misión fundamental es producir materiales fisionables a partir de materiales fértiles, es decir que la producción de energía calorífica se estima secundaría e, incluso en algunos reactores se considera pérdida. Los dos materiales fértiles más importantes son el Uranio 238 y el torio 232. El reactor reproductor contiene una carga inicial de uranio 235 o bien de plutonio 239, rodeada de material fértil. De esta manera la carga de combustible inicia la reacción en cadena y se transforma el uranio 238 en plutonio 239, en otro caso el torio 232 en uranio 233. Casi todos los reactores que existen son reactores heterogéneos, en ellos, los elementos de combustible están aislados entre sí. En los reactores homogéneos, el combustible es una pasta de sulfato de Uranio, Oxido de uranio, aleación uranio – bismuto, etc., introducida en una caldera, esta pasta sirve a la vez como combustible, como moderador y como refrigerante. Solamente puede utilizares combustible enriquecido. Estos reactores están en estudio y solo se han construido de pequeña potencia, con fine experimentales
- 7. Clasificación comercial 1. Reactor de agua en ebullición: Combustible Uranio 238 enriquecido con Uranio 235. Moderador El agua natural Refrigerante El agua natural o ligera Rendimiento 32% media Funcionamiento El agua hierve dentro del reactor y el vapor producido se introduce en una turbina de vapor, esta acciona un generador eléctrico. El vapor de salida de la turbina pasa por un condensador, donde vuelve a su estado líquido, se reinyecta después en el reactor nuclear por medio de una bomba centrífuga. En este tipo de reactores encontramos que las barras de control se accionan desde la parte inferior de la vasija del reactor y no desde la parte superior como ocurre con otro tipo de reactores . Impacto Alto Dimensiones Medianas Ventajas Es el más sencillo de concepción y de realización. Es autorregulador ya que al aumentar la temperatura provoca una baja de la energía producida. Producciones altas de energía Necesita de un área menor que otro tipo de centrales Menor costo a largo plazo Ciclo del material combustible Desventajas El vapor producido directamente en el reactor es radioactivo. Se hace difícil la revisión y reparación del circuito de agua. Se necesita una gran protección biológica Alto costo inicial Impacto generado a largo plazo Los desechos producidos son altamente contaminantes En caso de accidente las consecuencias pueden ser devastadoras
- 8. Reactor de agua a presión: Combustible Uranio natural o enriquecido Moderador Grafito puro Refrigerante Anhídrido carbónico o helio Rendimiento 28% media Funcionamiento El vapor producido por temperaturas mayores de 100C y grandes presiones pasa por un cambiador de calor, luego es enfriado y condensado. Un circuito secundario de agua acciona un generador eléctrico. Impacto Medio Dimensiones Mediana Ventajas Se pueden conseguir temperaturas mas elevadas por eso se tiene mejor rendimiento. Tiene un sistema de autocontrol Desventajas Tiene limitada la temperatura de funcionamiento Limitado funcionamiento técnico.
- 9. Reactor refrigerado a gas Combustible Uranio 238 enriquecido con Uranio 235. Moderador agua natural o grafito Refrigerante agua a gran presión Rendimiento 30% media alta Funcionamiento El vapor producido por temperaturas mayores de 100C y grandes presiones pasa por un cambiador de calor, luego es enfriado y condensado. Un circuito secundario de agua acciona un generador eléctrico. Impacto Medio Dimensiones Grandes Ventajas No se da radioactividad en el circuito de agua No se necesita una protección biológica fuera del reactor. Fácil recarga de combustible Ocupan mayor espacio
- 10. Refrigerado por aire Combustible Uranio enriquecido Moderador Grafito Refrigerante Aire previamente filtrado Funcionamiento El vapor producido por temperaturas mayores de 100C y grandes presiones pasa por un cambiador de calor, luego es enfriado y condensado. Un circuito secundario de agua acciona un generador eléctrico. Desventajas Hay que tener una continua vigilancia de la radioactividad del aire en el sector Los filtros son costosos
- 11. Reactor de agua pesada Combustible Uranio natural Moderador Agua pesada en atmósfera de Helio Refrigerante Agua pesada Funcionamiento El agua pesada se pasa por un cambiador de calor cuyo circuito secundario es atravesado por el agua, que se inyecta en la turbina en forma de vapor
- 12. Reactor de sodio-grafito Combustible Uranio enriquecido Moderador Grafito puro Refrigerante Sodio-grafito Potencia 90MVA-600MVA Rendimiento 34% alta Funcionamiento El vapor producido por temperaturas mayores de 100C y grandes presiones pasa por un cambiador de calor, luego es enfriado y condensado. Un circuito secundario de agua acciona un generador eléctrico. Impacto Bajo Dimensiones Grande Ventajas Es el segundo de mejor rendimiento Desventajas Las aguas del reactor son muy radioactivas.
- 13. Reactor reproductor rápido Combustible Plutonio 239 y uranio 233 –uranio 235 y plutonio 239 Moderador No tienen Refrigerante Sodio líquido Rendimiento 40% muy alta Funcionamiento Estos reactores transforman el material fértil en combustible. El exceso de material combustible es el que se usa para la producción de energía eléctrica. Estos producen mas combustible del que consumen. Impacto Alto Dimensiones Medianas Ventajas Es el que tiene mejor rendimiento Desventajas Son los mas riesgosos de todos
- 14. Sistema de refrigeración La reacción nuclear controlada, que tiene lugar en el combustible, desprende gran cantidad de calor. Por ello es necesario extraer ese calor. En primer lugar, porque la obtención del vapor que mueva la turbina es la finalidad última del reactor y, en segundo lugar, para evitar el calentamiento progresivo del núcleo, lo que podría llegar a producir, en caso de fallo de los diversos sistemas de refrigeración, su fusión y consiguiente destrucción. Para la seguridad nuclear es esencial mantener en cualquier circunstancia la refrigeración del núcleo para extraer el calor generado por el combustible. En operación normal, el calor del núcleo se extrae mediante el circuito principal. En un reactor, de agua a presión (PWR) ese es el circuito primario; en un reactor de agua en ebullición (BWR), es el circuito agua-vapor. Tras la parada del reactor éste sigue generando calor, aunque ya no haya fisiones, por el calor residual de los productos de fisión. Ese calor se evacua por medio de un circuito especial con bombas y cambiadores, lo que constituye un circuito de seguridad.
- 15. TORRES DE ENFRIAMIENTO Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua en grandes volúmenes porque, son el medio más económico para hacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a través de una pared. En el interior de las torres se monta un empaque o relleno con el propósito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfría. En las torres se colocan deflectores o eliminadores de gotas o niebla que atrapan las gotas de agua que fluyen con la corriente de aire hacia la salida de la torre, con el objeto de disminuir la posible pérdida de agua. El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible,. El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a través de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a contracorriente o a flujo cruzado , con una temperatura de bulbo húmedo inferior a la temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua se enfría por transferencia de masa (evaporación ) y por transferencia de calor sensible y latente del agua al aire, lo anterior origina que la temperatura del aire y su humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura límite de enfriamiento del agua es la temperatura de bulbo húmedo del aire a la entrada de la torre. Se recomienda el tratamiento del agua a enfriar, agregando álcalis, algicidas, bactericidas y floculantes; y, realizar un análisis periódico tanto de dureza como de iones cloro ya que éstos iones son causantes de las incrustaciones y de la corrosión en los elementos de la torre.
- 16. La evaporación como causa de enfriamiento El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenómeno de evaporación. La evaporación es el paso de un líquido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un líquido, un ejemplo es la evaporación del agua de los mares. Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de sí misma el calor que necesita, esto origina que el agua se enfríe y por lo tanto que su temperatura disminuya.
- 17. EDIFICACIONES NECESARIAS BOCATOMAS CANAL DE CAPTACION CANAL DE CONDUCCION SISTEMAS DE DECANTACION ESTANQUES O PISCINAS ESPECIALES Descarga del agua de enfriamiento ” Inicialmente el agua ingresa del Golfo de México por la obra de toma donde unas escolleras permiten contenerla y evitar variaciones de nivel por el oleaje, después pasa por un sistema de limpieza que consta de rejillas fijas y giratorias las cuales evitan el paso de objetos como basura . Por medio de 8 bombas de 1,250 caballos de potencia cada una, se succionan 7,000 litros por segundo, circulando un total de 28,000 litros Por segundo por cada condensador de las dos unidades y finalmente se descarga a un canal de 1,680 metros de longitud para regresar al mar.””
- 18. Materiales de construcción El empleo practico de la energía nuclear significa una tecnología altamente desarrollada, la realización de trabajos mecánicos de gran precisión y materiales con alto de pureza y, en ocasiones, no empleados hasta ahora, que exigen, por lo tanto, nuevos procedimientos metalúrgicos. Además, todos los materiales de construcción han de ser poco absorbentes de neutrones. Veamos algunos de estos materiales. En la construcción de reactores nucleares hay que emplear aceros inoxidables con alto contenido de níquel porque en el proceso de enriquecimiento de uranio 235 aparece ácido fluorhídico que corroe el acero ordinario pero no ataca los aceros con alto contenido de níquel. Se emplean también tuberías y recipientes de níquel en el proceso de separación de del plutonio y el uranio y, aleado con tungsteno, sirve como protección contra las radiaciones radioactivas.